Aspectos mecanísticos de la sensibilización óptica de TiO2 con CdS

LEANDRO GERBINO; ANA M BARUZZI; RODRIGO A IGLESIAS

Carlos Paz

Congreso; Nanocordoba2012; 2012

Nanocordoba2012

El desarrollo de celdas solares sensibilizadas con colorantes (DSSC) ha recibido gran atención durante los últimos años, debido a su bajo costo, diversidad en sus aplicaciones por la posibilidad de poder diseñarlas rígidas o flexibles y coloreadas y a que presentan un menor impacto ambiental en su proceso de fabricación comparadas con otras tecnologías. El diseño de una DSSC involucra un fotoánodo, compuesto por un vidrio conductor (optically trasnparent electrode: OTE) recubierto por una película de TiO2 nanoparticulado, sobre el cual es adsorbido un material sensibilizador (colorante redox), responsable del proceso de absorción de luz, y de la inyección de electrones a la banda de conducción del TiO2 [1]. Los sensibilizadores más utilizados son complejos de rutenio, con los cuales se han logrado eficiencias de hasta un 12%. Como alternativa de material sensibilizador se han empezado utilizar sales binarias de metales de transición en forma de nanopartículas (quantum dots - QD), tales como CdS, CdSe, InP, PbS, PbSe, entre otras [2]. Si bien hasta el momento las celdas solares sensibilizadas con QDs (quantum dot solar cell: QDSC) no superan en eficiencia a las sensibilizadas con complejos de rutenio, las anteriores presentarían ventajas derivadas del confinamiento cuántico y recombinación Auger, entre otras, lo que aumentaría el rendimiento cuántico, el tiempo de vida del electrón excitado y por lo tanto la eficiencia de la celda solar [3]. El funcionamiento de una DSSC involucra varios procesos, los cuales pueden ser caracterizados y optimizados individualmente. Una variable de suma importancia es el electrolito utilizado en el diseño de la DSSC. Si bien la cupla ioduro/triioduro (I−/I3−) es la más utilizada debido a sus propiedades cinéticas de regeneración del sensibilizador e inhibición de la recombinación con el electrón excitado del colorante, en una QDSC presenta un efecto corrosivo sobre los QDs, haciendo que los valores de fotocorriente y la eficiencia de conversión decaigan rápidamente con el tiempo. Diversos trabajos han manifestado que la cupla sulfuro/polisulfuro (S2−/ Sx2−) es la más adecuada para estabilizar los QD normalmente utilizados [4]. En el presente trabajo se muestran resultados experimentales de medidas de fotocorrientes en un sistema compuesto por un fotoánodo de ITO recubierto por una película de nanopartículas de TiO2 sensibilizado con CdS. Se estudia el efecto de la concentración y composición de la solución electrolítica (S2−/ Sx2−) sobre la cinética y magnitud de las fotocorrientes observadas. Estos resultados se correlacionan con los mecanismos de transferencia de carga aceptados en estos sistemas. [1] B. O’Regan, M. Gratzel, Nature, 353 (1991) 737. [2] S. Emin, M. Yanagida, W. Peng, L. Han, Sol Energ Mat Sol Cells, 101 (2012) 5. [3] M. Samadpour, S. Giménez, P.P. Boix, Q. Shen, M.E. Calvo, N. Taghavinia, A. Irajizad, T. Toyoda, H. Míguez, I- Mora-Seró, Electrochim. Acta 75 (2012) 139.